(57)【要約】【課題】  核磁気共鳴測定装置で使用される電子品の一種であるプローブヘッド内の照射コイル、受信コイル、前記増幅器を極低温に冷却して超電導化し、照射コイルまたは受信コイルのＱ値とＳ／Ｎ比を高めるステージを備えた核磁気共鳴測定装置を提供する。【解決手段】  冷凍機２、３８を最適配置することにより、より小型の冷凍機でプローブコイル５０、前記増幅器５１、調整回路５４を冷却する。冷凍機３８の第２冷却ステージ４０を床から間接的に固定支持し、無振動で受信コイル、前記増幅器を約５Ｋにまで冷却する。冷凍機の冷凍量を小さくできるので、冷凍機の消費電力を少なくし、冷却運転コストを削減できる。【選択図】図１
2006189272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＭＲ受信コイルと照射コイルを備えたＮＭＲプローブヘッドを有する核磁気共鳴測定装置において、
前記プローブヘッドの真空空間内に前記ＮＭＲ受信コイルが受信したＮＭＲ信号を増幅する少なくとも１つの前記増幅器と、前記冷却体を冷却する冷凍機と、前記冷凍機で冷却される冷媒と、前記冷媒を循環させる循環手段と、前記冷媒の熱交換用の常温と極低温の温度域を連通する熱交換器と、前記冷凍機の極低温度域と前記冷却体の極低温域を連通する断熱移送管路とを備え、
前記冷凍機を複数台設け、前記冷凍機の冷凍量を前記断熱移送管路出入り部に配分するように分配配置することを特徴とする核磁気共鳴測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の核磁気共鳴測定装置において、
前記プローブヘッドの真空空間内側に配置する前記冷凍機が、パルス管式冷凍機であることを特徴とする核磁気共鳴測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の核磁気共鳴測定装置において、
前記プローブヘッドの真空空間内側に配置する前記冷凍機の極低温発生ステージが支持体により前記プローブヘッドを内蔵する真空容器壁で固定支持され、前記冷凍機の常温部が伸縮気密保持手段により前記真空容器壁で支持されたことを特徴とする核磁気共鳴測定装置。
【請求項４】
ＮＭＲ受信コイルと照射コイルを備えたＮＭＲプローブヘッドを有する核磁気共鳴測定装置において、
前記プローブヘッドの真空空間内に前記ＮＭＲ受信コイルが受信したＮＭＲ信号を増幅する少なくとも１つの前記増幅器と、前記冷却体を冷却する冷凍機と、前記冷凍機の極低温度域と前記冷却体の極低温域を連通する断熱移送管路とを備えず前記冷凍機で冷却される冷媒と、前記冷媒を循環させる循環手段と、前記冷媒の熱交換用の常温と極低温の温度域を連通する熱交換器を設けたことを特徴とする核磁気共鳴測定装置。
【請求項５】
ＮＭＲ受信コイルと照射コイルを備えたＮＭＲプローブヘッドを有する核磁気共鳴測定装置において、
前記プローブヘッドの真空空間内に前記ＮＭＲ受信コイルが受信したＮＭＲ信号を増幅する少なくとも１つの前記増幅器と、前記冷却体を冷却する冷凍機と、前記冷凍機の極低温度域と前記冷却体の極低温域を連通する断熱移送管路とを備えず前記冷凍機で冷却される冷媒と、前記冷媒を前記真空容器内で循環させる循環手段を設けたことを特徴とする核磁気共鳴測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核磁気共鳴測定装置(ＮＭＲ測定装置)に係り、特に、核磁気共鳴測定装置で使用されるプローブヘッド内の照射コイル、受信コイル、増幅器を冷却し、照射コイル、受信コイルのＱ値とＳ／Ｎ比とを高めるための冷却手ステージに関する。
【背景技術】
【０００２】
核磁気共鳴測定装置には、無線周波数信号電磁波を試料に連続的に照射するＣＷ型と、パルス状の電磁波を試料に照射するパルスフーリエ型とが存在する。最近では、単に核磁気共鳴測定装置といえば、後者のパルスフーリエ型を指すことが多くなっている。本明細書でも、核磁気共鳴測定装置は、パルスフーリエ型核磁気共鳴測定装置を意味する。
【０００３】
核磁気共鳴測定装置は、基本的には、静磁場を発生する超電導磁石、内部に収納した試料に高周波パルス磁場を照射する照射コイル、試料から放射される自由誘導減衰信号(ＦＩＤ信号)を受信する受信コイル、上記コイルを内部に備えたプローブヘッド、照射コイルに高周波電流を供給する高周波電源、自由誘導減衰信号を増幅する増幅器、信号を検波する検波器、検波器によって検出した信号を解析する解析装置等からなる(例えば、非特許文献１参照)。
【０００４】
なお、照射コイルまたは受信コイルは、様々な核種や測定方法に対応するため複数のコイルを備えるプローブヘッドに収納される。照射コイルと受信コイルは、それらの機能を併せ持っているコイルもある。これらコイルを総称してここでは、プローブヘッドコイルという。
【０００５】
プローブヘッドの一種に低温プローブヘッドがある。非特許文献１によれば、低温プローブヘッドとは、プローブヘッドコイルを超電導化し、極低温のヘリウムガスによってプローブヘッド内部を冷却する方式のプローブヘッドをいい、超電導体としては、一般的には酸化物超電導体が用いられる。
【０００６】
低温プローブヘッドには、２つの利点がある。１つの利点は、回路の電気抵抗が低くなるので、コイルのＱ値を高くできることである。コイルのＱ値は、数式
Q＝1/R・√(L/C)    ……(１)
で表現できる。ここで、Ｌは回路のインダクタンス、Cはキャパシタンス、Ｒは抵抗である。
【０００７】
数式１によれば、電気抵抗Ｒが小さくなると、Ｑ値が高くなることがわかる。更に、もう１つの利点は、低温にしたので、回路全体の熱雑音を減少させ、Ｓ／Ｎ比を高くできることである。ノイズ電圧Vnは、数式
Vn＝√(4kTΔf・R)……(２)
で表現できる。ここで、kはボルツマン定数、Ｔは温度、Δfは周波数幅、Ｒは電気抵抗である。数式２によれば、温度Ｔが低くなると、ノイズ電圧Vnは小さくなることがわかる。
【０００８】
一般的な金属では、温度Ｔが低くなると、電気抵抗Ｒも小さくなる。したがって、プローブヘッド内部を冷却し、プローブヘッドコイルを超電導化すれば、ノイズ電圧Vnは、Ｒの１／２乗以上で小さくできる。
【０００９】
プローブヘッド内部を冷却し、低温プローブヘッドを実現するための冷却技術が提案されている(例えば、特許文献１参照)。特許文献１によれば、簡単な方法でかつ大きな技術的困難とコストアップを伴わずに、受信コイルの温度を３０Ｋ以下に冷却できる。
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−３３２８０１号公報(第７、８頁  図１〜図４)
【００１１】
【非特許文献１】荒田洋治著『ＮＭＲの書』2000/09/25 丸善刊  第III部第９章９.３プローブ  330頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、上記特許文献１には以下のような問題点がある。  
まず、圧縮機により例えばヘリウムガスの冷媒を循環させ低温プローブヘッドを冷却する方式では、必要冷凍量を確保するために、前記必要冷凍量を発生する寒冷発生源の例えばヘリウム冷凍機と、この寒冷を輸送するための冷媒循環用圧縮機および冷媒の冷熱回収用の熱交換器、前記熱交換器をとおり前記冷凍機で冷却された冷媒を被冷却体近傍まで輸送するトランスファチューブの断熱配管が必要となる。
【００１３】
ここで、プローブヘッドが振動するとノイズの原因となるので、プローブヘッド内の照射コイル、受信コイル、増幅器に冷凍機の運転振動を伝えないためには、機械振動が大きな比較的大型の冷凍機は、プローブヘッドから離して設置する。
【００１４】
一般に、トランスファチューブの主な配管部品としては、フレキシブルなベローズを使用し、長い距離を確保し、振動を吸収している。
前記冷凍機と熱交換器は第一真空容器内に真空断熱されて収納される。被冷却体を真空断熱して収納する第二真空容器と前記一真空容器とは、冷媒を循環させるために前記断熱配管で接続される。
【００１５】
前記必要冷凍量は、第一真空容器、断熱配管、第二真空容器の常温部からそれぞれの極低温部に輻射や伝導により侵入する熱量、冷熱回収用の熱交換器の非効率分の損失として常温部から極低温部に冷媒循環により持ち込まれる熱量および被冷却体の発熱量の合計値である。
また、冷媒による輸送冷凍量Ｑ１（Ｗ＝Ｊ／ｓ）は、冷媒の流量ｍ１（ｇ／ｓ）、冷媒の定圧比熱Ｃｐ（Ｊ／ｇ・Ｋ）および冷媒の温度上昇量ΔＴ（Ｋ）の積である
Ｑ１＝ｍ１・Ｃｐ・ΔＴ
＝ｍ１・Ｃｐ・（Ｔhi-Ｔso）
で示される。
【００１６】
ここで、ΔＴは、冷凍機の冷却ステージ温度Ｔｓ（Ｋ）で冷却された循環冷媒の出口温度Ｔso（Ｋ）と、断熱配管をとおり被冷却体を冷却し温度が上昇し、第一真空容器内に戻ってきた冷媒の温度Ｔhi（Ｋ）の温度差で示される。
【００１７】
いっぽう、冷熱回収用の熱交換器の非効率分の損失として常温部から極低温部に冷媒循環により持ち込まれる熱量である熱交換器熱損失Ｑloss（Ｗ＝Ｊ／ｓ）は、熱交換器の低温側流路の低温端入口温度Ｔci（Ｋ）、高温側流路の低温端出口温度Ｔce(Ｋ）、冷媒の圧力は熱交換器の低温側流路、高温側流路内部でほぼ同一で冷媒の定圧比熱Ｃｐ（Ｊ／ｇ・Ｋ）とすれば、
Ｑloss＝ｍ１・Ｃｐ・（Ｔce−Ｔci）となる。
【００１８】
本冷却システムの構成では、前記必要冷凍量を前記第一真空容器内の冷凍機の発生冷凍量で賄い、その全冷凍量を循環冷媒で輸送する場合、ほぼ被冷却体の冷却温度となる冷媒温度Ｔhi（Ｋ）における必要冷凍量Ｑ１を増加させるためには、
（１）媒の流量ｍ１を増加させる
（２）冷凍機の冷却ステージ温度Ｔｓ（Ｋ）で冷却される循環冷媒の出口温度Ｔso（Ｋ）を下げてΔＴを増加させる必要がある。
【００１９】
しかし、上記（１）を実施する上では、冷媒の流量ｍ１を増加させることによって熱交換器熱損失Ｑlossが比例的に増加し、熱損失の増加分だけ被冷却体を冷却する冷凍量が減少し、冷媒の流量ｍ１を増加させることによって逆に被冷却体の温度が上昇してしまう問題がある。
【００２０】
この対策として真空容器１内に設置する冷凍機を増設して冷媒の流量ｍ１を増加させる場合においても熱損失の増加分だけ冷凍機増設分の冷凍量が減少し、そのまま被冷却体の冷凍に使用できない問題がある。
【００２１】
また、上記（２）を実施する上では、循環冷媒の出口温度Ｔso（Ｋ）を下げるためには冷凍機の冷却ステージ温度Ｔｓ（Ｋ）をさらに下げた温度ＴｓL（Ｋ）とする必要がある。
【００２２】
しかし、冷凍機の特性上冷却ステージ温度が下がると、その温度での冷凍能力が低下する。したがって、冷却ステージ温度Ｔｓ（Ｋ）をさらに下げるためには冷媒の流量ｍ１を減少させる必要があり、これによって逆に被冷却体の温度が上昇してしまう問題がある。
【００２３】
この対策として真空容器１内に設置する冷凍機を増設して冷媒の流量ｍ１を減少させずに冷却ステージ温度をＴｓLとする場合においても、温度ＴｓLでの冷凍量は温度がＴｓの場合よりも減少するので、冷凍機増設分の冷凍量が減少する問題がある。
【００２４】
より具体的には、例えば、冷凍機の第２冷却ステージの温度４．２Kにおける冷凍量が１．５W、温度３．０Kにおける冷凍量が０ W、両温度間域での冷凍量が温度の上昇量にほぼ比例する（冷凍量の増加勾配は、１．５／（４．２−３）＝１．２５で１．２５W／K）のギフォード・マクマホン式冷凍機で冷媒を冷却し、この冷媒を別の冷媒循環用圧縮機により冷熱回収用の熱交換器を通じて循環させ、断熱配管を通じて低温の冷媒を輸送し、被冷却体を極低温の約５Ｋに冷却する冷却システムを考える。ここで、第２冷却ステージで冷却される冷媒の温度は、第２冷却ステージで例えばステージに熱的に良好に接続された螺旋管式の熱交換器で熱交換するために冷媒の温度よりさらに約０．２K高い４．５Kとなる。
【００２５】
ここで、第一真空容器、断熱配管、第二真空容器の常温部からそれぞれの極低温部に輻射や伝導により侵入するそれぞれの侵入熱量を０．１W、０．３W、０．２W、冷熱回収用の熱交換器の非効率分の損失として常温部から極低温部に冷媒循環により持ち込まれる熱量を冷媒の流量ｍ１（ｇ／ｓ）の場合で０．８Wとすると、温度５Kの被冷却体の許容発熱量は（１．５−０．１−０．３−０．２−０．８＝０．２）で０．２Wとなる。
【００２６】
ここで、更に温度５Kの被冷却体の許容発熱量を０．８W増加させ１．０Wとする場合、第一真空容器に冷凍機を１台増設する冷却システムを採用する。この場合、第一真空容器、断熱配管、第二真空容器の常温部からそれぞれの極低温部に輻射や伝導により侵入するそれぞれの侵入熱量は冷凍機を増設してもほとんど変化しない。
しかし、前記（１）の方法で冷媒の流量ｍ１を増加させると、増加流量で同一の熱交換性能を持つ熱交換器を新たに製作する必要があり、熱交換器の製作費分冷却コストが上昇する問題がある。
【００２７】
しかも、冷媒の流量を従来の１．５W冷凍時の流量ｍ１より冷凍量を０．８W増加させるためその増加分（１．５＋０．８）／１．５の５３％増加させることによって、熱交換器熱損失は０．８×１．５３＝１．２２で１．２Wとなり、この熱損失増加分は１．２２―０．８＝０．４２で０．４２Wとなる。
【００２８】
したがって、増設する冷凍機に必要な冷凍量は０．８＋０．４２＝１．２２Wとなる。したがって、再度、冷媒の流量を従来の１．５W冷凍時の流量ｍ１より冷凍量を１．２２ W増加させるためその増加分（１．５＋１．２２）／１．５＝１．８１の８１％増加させることが必要で、熱交換器熱損失は０．８×１．８１＝１．４５で１．４５Wとなり、この熱損失増加分は１．４５―０．８＝０．６５で０．６５Wとなる。
したがって、増設する冷凍機に必要な冷凍量は０．８＋０．６５＝１．４８Wとなる。よって、冷凍量増加量０．８Wよりも５３％も大きな冷凍量の冷凍機を増設しなければならない問題が生じる。この場合、被冷却体の冷凍量１．０Wを確保するため４．２Kの冷凍量が２．９８Wの冷凍機が必要となる。
【００２９】
また、前記（２）の方法で冷媒の流量ｍ１を増加させることなく、冷凍機の冷却ステージ温度Ｔｓ（Ｋ）で冷却される循環冷媒の出口温度Ｔso（Ｋ）を下げてΔＴを増加させる場合、冷媒の定圧比熱Ｃｐ（Ｊ／ｇ・Ｋ）を約６Ｊ／ｇ・Ｋ、冷媒の流量ｍ１（ｇ／ｓ）を０．３ｇ／ｓとすると、０．８W増加させるためは冷却ステージ温度Ts（K）を更に０．８／（０．３×６）＝０．４４で０．４４K低下させ４．２−０．４４＝３．７６で３．７６Kにする必要がある。
【００３０】
１．５Wの冷凍機の冷却ステージ温度が３．７６Kに低下した場合の冷凍量は、１．２５×（３．７５−３）＝０．９３７で約０．９４Wとなる。
しかし、必要冷凍量は１．５＋０．８＝２．３の２．３Wであるため、冷却ステージ温度が３．７６Kにおいて冷凍量が２．３−０．９４＝１．３４の１．３４Wである冷凍機の増設が必要となる。したがって、１．３４／０．９４＝１．４２６の約４３％冷凍量が大きな冷凍機を増設しなければならない問題が生じる。
【００３１】
本発明の目的は、熱交換器を新たに製作する必要がなく、冷凍機も少ない冷凍量の冷凍機で済むので構造簡単な核磁気共鳴測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上記目的は、ＮＭＲ受信コイルと照射コイルを備えたＮＭＲプローブヘッドを有する核磁気共鳴測定装置において、前記プローブヘッドの真空空間内に前記ＮＭＲ受信コイルが受信したＮＭＲ信号を増幅する少なくとも１つの前記増幅器と、前記冷却体を冷却する冷凍機と、前記冷凍機で冷却される冷媒と、前記冷媒を循環させる循環手段と、前記冷媒の熱交換用の常温と極低温の温度域を連通する熱交換器と、前記冷凍機の極低温度域と前記冷却体の極低温域を連通する断熱移送管路とを備え、前記冷凍機を複数台設け、前記冷凍機の冷凍量を前記断熱移送管路出入り部に配分するように分配配置することにより達成される。
【００３３】
また、上記目的は、前記プローブヘッドの真空空間内側に配置する前記冷凍機が、パルス管式冷凍機であることにより達成される。
【００３４】
また、上記目的は、前記プローブヘッドの真空空間内側に配置する前記冷凍機の極低温発生ステージが支持体により前記プローブヘッドを内蔵する真空容器壁で固定支持され、前記冷凍機の常温部が伸縮気密保持手段により前記真空容器壁で支持されたことにより達成される。
【００３５】
また、上記目的は、ＮＭＲ受信コイルと照射コイルを備えたＮＭＲプローブヘッドを有する核磁気共鳴測定装置において、前記プローブヘッドの真空空間内に前記ＮＭＲ受信コイルが受信したＮＭＲ信号を増幅する少なくとも１つの前記増幅器と、前記冷却体を冷却する冷凍機と、前記冷凍機の極低温度域と前記冷却体の極低温域を連通する断熱移送管路とを備えず前記冷凍機で冷却される冷媒と、前記冷媒を循環させる循環手段と、前記冷媒の熱交換用の常温と極低温の温度域を連通する熱交換器を設けたことにより達成される。
【００３６】
また、上記目的は、ＮＭＲ受信コイルと照射コイルを備えたＮＭＲプローブヘッドを有する核磁気共鳴測定装置において、前記プローブヘッドの真空空間内に前記ＮＭＲ受信コイルが受信したＮＭＲ信号を増幅する少なくとも１つの前記増幅器と、前記冷却体を冷却する冷凍機と、前記冷凍機の極低温度域と前記冷却体の極低温域を連通する断熱移送管路とを備えず前記冷凍機で冷却される冷媒と、前記冷媒を前記真空容器内で循環させる循環手段を設けたことにより達成される。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、熱交換器を新たに製作する必要がなく、冷凍機も少ない冷凍量の冷凍機で済むので構造簡単な核磁気共鳴測定装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。  
【実施例１】
【００３９】
図１は、核磁気共鳴測定装置の全体構成を示すブロック図である。  
図１において、冷媒は圧縮機６、第１向流式熱交換器１３、第３移送管路３３、極低温第二冷凍機３６の第１ステージ熱交換器３７、増幅器用熱交換器２１、第４移送管路３４、極低温第一冷凍機２の第１ステージ熱交換器１２、第２向流式熱交換器７、極低温第一冷凍機２の第２ステージ熱交換器８、第１移送管路３１、極低温第二冷凍機３８の第２ステージ熱交換器４０、コイル冷却用熱交換器１１、第２移送管路３２、第２向流式熱交換器７、第１向流式熱交換器１３、圧力調整弁２４、圧縮機６の順で循環する。
【００４０】
極低温第一冷凍機２は、極低温第一冷凍機用圧縮機５により駆動され、第１冷却ステージ４は第１ステージ熱交換器１２と熱的に接続され、温度４．２Kの第２冷却ステージは第２ステージ熱交換器８と熱的に接続されている。
【００４１】
極低温第二冷凍機３８は、極低温第二冷凍機用圧縮機４１により駆動され、第１冷却ステージ３６は第１ステージ熱交換器３７と熱的に接続され、温度４．２Kの第２冷却ステージは第２ステージ熱交換器３９と熱的に接続されている。
【００４２】
極低温第一冷凍機２および極低温第二冷凍機３８の第１ステージ熱交換器１２、３７は冷媒を４５Ｋ、第２ステージ熱交換器８、３９は冷媒を４．５Ｋまで冷却することができる。
【００４３】
第１向流式熱交換器１３、第１ステージ熱交換器１２、第２向流式熱交換器７、第２ステージ熱交換器８は真空容器１内の輻射シールド４１内部に設置されている。
輻射シールド４１は極低温第一冷凍機２の第１冷却ステージ４と熱的に接続されている。
【００４４】
真空容器１内は真空であり、輻射シールド４１の外側は多層断熱層であるスーパーインシュレータが巻回されており、輻射シールド４１内にある装置類への輻射熱を軽減している。圧力調整弁２４は冷媒が圧縮機６の吸入口側の室温環境に設置されており、開度は０％から１００％まで任意に調整できる。
【００４５】
図２は、移送管路収納管３０およびその内部の構造を示す斜視図である。  
図２において、第１移送管路３１、第２移送管路３２、第３移送管路３３、第４移送管路３４は単一の移送管路収納管３０内に設置されている。第３移送管路３４は二重管であり、その外側管と内側管の間隙を冷媒が流れる構造である。第３移送管路３３の内部には第１移送管路３１、第２管路３２および第４移送管路３４が設置されており、それぞれの移送管路の外部には移送管路への輻射侵入熱を低減できるよう、多層断熱層であるスーパーインシュレータ３５が巻回されている。また、移送管路収納管３０内部は真空引きされており、気体の対流および熱伝導により移送管路への侵入熱を低減している。
【００４６】
図１に示すように、プローブ１０内部には極低温第二冷凍機３８および輻射シールド４２が設置されている。プローブ１０内部は真空であり、輻射シールド４２の外側は多層断熱層であるスーパーインシュレータが巻回されており、輻射シールド４２内にある装置類への輻射熱を軽減している。輻射シールド４２は前記増幅器用熱交換器２１と熱的に接続されている。
【００４７】
プローブ１０内部は真空であり、輻射シールド４２の外側は多層断熱層であるスーパーインシュレータが巻回されており、輻射シールド４２内にある装置類への輻射熱を軽減している。
【００４８】
極低温第二冷凍機３８の極低温部の第２ステージ４０は、熱伝導率が小さな例えばFRP製の断熱支持体４３でプローブ１０の容器から強固に固定支持され、極低温第二冷凍機３８の常温部はベロー４４で柔軟に、かつ、真空気密的にプローブ１０の容器に接続されている。輻射シールド４２は前記増幅器用熱交換器２１と熱的に接続されている。
【００４９】
また、図３に示すように、前記増幅器５１と前記増幅器用熱交換器２１の間はプローブコイル冷却用伝熱部５２を介して熱的に接続されている。図３においては、ＮＭＲプローブコイル５０とコイル冷却用熱交換器１１の間は熱的に接続されている。さらに好ましくは、前記増幅器用熱交換器２１は調整回路５４と熱的に接続するとよい。
図３においては、ＮＭＲプローブコイル５０は照射用と受信用を兼用としたタイプを図示している。
【００５０】
ＮＭＲプローブコイル５０は照射用と受信用を分けて複数配置してもかまわない。
ＮＭＲプローブコイル５０と調整回路５４、調整回路５４と前記増幅器５１、調整回路５４と高周波パルス入力端子５５、前記増幅器５１とＦＩＤ信号出力端子５６はそれぞれ電気的に接続されている。高周波パルス磁場をサンプルに照射する場合、プローブの外部の高周波電源により発生された高周波パルス電流はＦＩＤ信号出力端子５６を介して調整回路５４を介してＮＭＲプローブコイル５０に入り、磁場としてサンプル管５３内のサンプルに照射される。この際、高周波パルス電流が前記増幅器５１に入力されると前記増幅器５１を破壊するおそれがあるので、調整回路５４は高周波パルス電流が前記増幅器５１に入らないような回路を構成している。サンプルの発するＦＩＤ信号はＮＭＲプローブコイル５０により受信され、調整回路５４に電気信号として入り、前記増幅器５１により増幅され、ＦＩＤ信号出力端子５６を介してプローブ外部の増幅器、検波器、解析装置等に送られる。
【００５１】
調整回路５４は高周波パルス電流が流れることにより受動的にスイッチングを行う回路でも、外部からのトリガー信号によりスイッチングを行う回路でもかまわない。
前者の場合、回路の一例としてクロスダイオードを用いた前記「ＮＭＲの書」の３２７ページに記載の回路が挙げられる。また、後者の場合、ＰＩＮダイオードスイッチや機械的高速度スイッチ等を採用する方法が挙げられる。
【００５２】
調整回路５４にはＮＭＲプローブ内の回路の共鳴周波数やインピーダンス整合を行うための任意のキャパシタやインダクタ等を含むことが望ましい。さらに、一つのＮＭＲプローブコイル５０で多重共鳴、すなわち、一つのコイルで複数の核の共鳴周波数の高周波パルス磁場を発生できるよう、キャパシタやインダクタを含む回路を調整回路５４内に備えてもよい。調整回路５４および前記増幅器５１は熱雑音を防ぐため低温に冷却されているが、特に熱雑音を考慮しない場合は常温環境に置いてもよい。
図３においては照射用と受信用を一つのＮＭＲプローブコイル５０で動作させていたが、照射用コイルと受信用コイルを別に設置してもかまわない。
【００５３】
また、本実施例では、移送管路収納管内に冷媒温度が約５８〜８０Ｋ程度の二重管状の第３移送管路３３を設け、その内部には冷媒温度が約４．５〜4.8Ｋの第１移送管路３１、冷媒温度が約５．１〜５．４Ｋの第２管路３２および冷媒温度が８２〜８３Ｋの第４移送管路３４が設置されている。このような構成の場合、第３移送管路３３が輻射シールドの機能を果たすため、内部の第１移送管路３１、第２移送管路への輻射侵入熱量をかなり低減することができる。
【００５４】
また、本実施例では第３移送管路３３を二重管構造としたが、第４移送管路３４を２重管構造とし、その内部に第３移送管路３３を設けてもほぼ同様の効果を得られる。
しかしながら、例えば、それぞれの移送管路に別々にスーパーインシュレータ等を用いた極低温断熱を施した場合、輻射による侵入熱量が大きいため、５Ｋレベルの冷媒をコイル冷却用熱交換器１１に供給することは難しく、スーパーインシュレータの枚数および厚みを大きくすることが必要となり、移送管路をコンパクトにすることができない。
【００５５】
また、移送管路収納管を２本とし第１移送管路３１と第２移送管路３２、第３移送管路３３と第４移送管路３４をそれぞれの移送管路収納管に収納した場合も同様の理由により５Ｋレベルの冷媒を供給することは難しい。
【００５６】
一方、極低温第一冷凍機２の第１ステージ４の冷却性能は温度４０Ｋにおいて約２５Ｗ、第２ステージ３は温度４．２Ｋにおいて約１．５Ｗである。このように、第１ステージ４の冷却性能は第２ステージ３と比較して高い。したがって、原理的には輻射熱等を極低温第一冷凍機２により冷却使用とする場合、第３移送管路３３を輻射シールドとして利用し、第１ステージ４の冷却性能を効果的に使用することが望ましい。
本実施例を動作させた場合の各部温度の測定結果を図１内に示す。ここで、第一真空容器、断熱配管、第二真空容器の常温部からそれぞれの極低温部に輻射や伝導により侵入するそれぞれの侵入熱量は、０．１W、０．３W、０．２Wである。また、冷熱回収用に使用する第２向流式熱交換器７の非効率分の損失として常温部から極低温部に冷媒循環により持ち込まれる熱量を冷媒の流量ｍ１が０．３ｇ／ｓの場合で０．８Wとする。
【００５７】
したがって、極低温第一冷凍機２を使用することによって、プローブ１０内のコイル冷却用熱交換器１１における、温度５Kレベルの許容冷凍量は（１．５−０．１−０．３−０．２−０．８＝０．２）で０．２Wである。すなわち、被冷却体であるＮＭＲプローブコイル５０等の発熱量や、輻射等による熱侵入量を０．２Wの値まで許容できる。
【００５８】
本実施例では、更に極低温第二冷凍機３８を設け温度５Kレベルの被冷却体の許容冷凍量を０．８W増加させ１．０Wとする。極低温第一冷凍機２で冷却された後の温度約４．５Ｋの冷媒は、第一真空容器および移送管路収納管３０、プローブ１０の常温部からそれぞれの極低温部に輻射や伝導により侵入するそれぞれの侵入熱量０．１W、０．３W、０．２Wの合計熱侵入量０．６Wにより温度が上昇する。
【００５９】
すなわち、冷媒の定圧比熱Ｃｐ（Ｊ／ｇ・Ｋ）を約６Ｊ／ｇ・Ｋ、冷媒の流量ｍ１（ｇ／ｓ）を０．３ｇ／ｓとすると、温度上昇量は０．６／（６×０．３）＝０．３３で０．３３Ｋとなり、極低温第二冷凍機３８で再冷却される前の冷媒の温度は４．５＋０．３＝４．８で約４．８Ｋとなる。
【００６０】
侵入熱量および向流型熱交換器の熱損失分は増加していないので、極低温第二冷凍機３８の４．２Kの冷凍量を０．９Wとする。冷凍量は増加分の０．８Ｗを極低温第二冷凍機３８の第２ステージで冷凍する場合の第２ステージの温度は４．１Kとなる。これは、パルス管冷凍機の極低温第二冷凍機３８の第２ステージの冷凍量と第２ステージ温度の関係において、冷凍量の温度勾配は、ギフォード・マクマホン式冷凍機と同様に１．２５W／Kとなるためである。
【００６１】
前記で示した温度４．８Kの冷媒は増設する極低温第二冷凍機３８の第２冷却ステージで再冷却され、熱負荷が第２冷却ステージに０．８W作用するため、第２冷却ステージの温度は４．２Kで、熱交換器３９で冷却される冷媒温度は４．４Kとなる。
ここで、極低温第二冷凍機３８の第２ステージ温度は、熱交換器３９で熱交換するために冷媒の温度よりも約０．３K低い。この冷媒が４．５Kに上昇するまでには、流量が０．３ｇ／ｓで、冷媒の定圧比熱が約６Ｊ／ｇ・Ｋの場合、冷媒は約０．２Wの熱量を冷凍できるので、本実施例の冷却システムでは、冷媒温度４．５Kにおいて、合計１．０Wの熱負荷を冷凍できる。したがって、極低温冷凍機に必要な冷凍量は冷凍量増加量０．８Wよりも約１３％も大きな冷凍量０．９Wの冷凍機を増設で済むことができる。
【００６２】
これは、従来技術により、冷媒流量を増加させて冷凍機を増設して実施される場合、冷凍量増加量０．８Wよりも５３％も大きな冷凍量の冷凍機を増設しなければならない場合に比べ、約４０％少ない冷凍機で所定の冷凍量を得ることができる効果がある。
【００６３】
また、従来技術により冷媒の流量を変えずに、冷凍機の冷却温度を更に低下させて冷凍量を増加させる場合、冷凍量増加量０．８Wよりも約４３％大きな冷凍量の冷凍機を増設しなければならない場合に比べ、本実施例では約３０％少ない冷凍機で所定の冷凍量を得ることができる効果がある。
【００６４】
ここで、パルス管冷凍機の運転中は、高圧ガスと低圧ガスとが膨張管に周期的に給排気されるので、膨張管が圧力により伸び縮みし、その変位分振動する。増設するパルス管冷凍機の第２ステージは、熱伝導率が小さいＦＲＰ製の断熱支持体４３でプローブ１０の真空容器に固定し、冷凍機の常温部をベロー管４４でプローブ１０の真空容器で支持して、冷凍機の振動を極低温側に伝達しない構造をとる。
【００６５】
本実施例の構造により、冷凍機の振動がプローブ側に伝播することを防止し、振動によるノイズ発生を防止できる。図１から分かるようにコイル冷却用熱交換器１１を約５Ｋレベルに冷却することが可能である。これにより、ＮＭＲプローブコイル５０を極低温に冷却することができ、Ｑ値とＳ／Ｎ比を向上することが可能である。
【００６６】
また、５Ｋレベルという温度は常圧中での液体ヘリウムの温度である４．２Ｋに近く、照射コイルまたは受信コイルとしてはＹ−１２３系、Ｂｉ−２２２３系またはＢｉ−２２１２系酸化物系超電導体等はもちろん、ＭｇＢ２、Ｎｂ３Ａｌ、Ｎｂ３Ｓｎ、ＮｂＴｉ等の金属系超電導体の安定使用も可能な温度である。酸化物系超電導体では超電導膜に対して垂直方向に磁場を引加した場合は平行方向と比較して２桁程度輸送電流が減少するという問題があり、照射コイルおよび受信コイルの形状には制限がある。
【００６７】
一方、金属系超電導体ではそのような異方性が小さいため、複雑な形状のコイルを簡単に作成できるというメリットがある。しかし、金属系超電導体は一般的に超電導転移温度が低く、また、超電導転移温度以下であっても、温度が高いと臨界電流が低下するという特性がある。
【００６８】
したがって、複雑な形状のコイルを簡単に作成するためには金属系超電導体を用い、温度をできる限り下げるとよい。
本実施例で実現できた５Ｋレベルという温度は一般的な金属系超電導体をコイルとして用いるには十分低い温度であり、本実施例を採用することにより複雑な形状のコイルも実現可能となる。
【実施例２】
【００６９】
図４に本発明の第２の実施例を示す。  
本実施例が従来技術と異なる点は、振動が少ない冷凍機と向流型熱交換器をプローブ１０内に配置した点である。圧縮機６０は冷媒を第１向流式熱交換器６１、管路６２、前記増幅器用熱交換器２１、管路６３、極低温冷凍機７０の第１ステージ熱交換器６４、管路６５、第２向流式熱交換器６６、第２ステージ熱交換器６７、コイル冷却用熱交換器１１、管路６８、第２移送管路６９、第２向流式熱交換器６６、第１向流式熱交換器６１、圧力調整弁６９の順で循環する。
【００７０】
極低温冷凍機７０は、極低温第一冷凍機用圧縮機７３により駆動され、第１ステージ熱交換器６４および第２ステージ熱交換器６７は、それぞれ冷凍機７０の第１冷却ステージ７１、第２冷却ステージ７２に熱的に一体化されている。極低温冷凍機７０の極低温部の第２ステージ７２は、熱伝導率が小さな例えばFRP製の断熱支持体７４でプローブ１０の容器から強固に固定支持され、極低温冷凍機７０の常温部はベロー７５で柔軟に、かつ、真空気密的にプローブ１０の容器に接続されている。
【００７１】
本実施例では、第一真空容器、断熱配管が不要となるので、熱損失はプローブ１０の常温部からの極低温部に輻射や伝導により侵入するそれぞれの侵入熱量を０．２Wと、冷熱回収用の第２向流式熱交換器６６の熱損失として常温部から極低温部に冷媒循環により持ち込まれる熱量である。
【００７２】
後者は、輸送する冷凍量に比例する冷媒の流量の値に比例して増加する。本実施例での被冷却体の必要冷凍量は１．０Wであるので、合計１．２Wである。
従来技術における冷凍量１．５W時における冷熱回収用の熱交換器の損失は０．８Wであるので、流量は１．２／１．５＝０．８で２０％減となる。
【００７３】
したがって、本実施例における冷熱回収用の熱交換器の損失は、０．８×０．８＝０．６４で約０．６Wとなる。したがって、冷凍機７０の温度４．２Kで必要な冷凍量は１．２＋０．６４＝１．８４で１．８Wとなる。したがって、従来技術によれば極低温冷凍機の必要冷凍量は２．９８Wであるが、本実施例における極低温冷凍機の必要冷凍量は１．８６Wであり、１．８６／２．９８＝０．６２で、従来技術の場合に比べ冷凍量が６２％の小型の極低温冷凍機で冷却システムを構成できる効果がある。
【実施例３】
【００７４】
図５に本発明の第３の実施例を示す。  
本実施例が従来技術と異なる点は、向流型熱交換器を使用せず、振動が少ない冷凍機と冷媒を極低温域で循環する冷媒循環ポンプをプローブ１０内に配置した点である。
冷媒循環ポンプ７６は冷媒を管路６２、前記増幅器用熱交換器２１、管路６３、極低温冷凍機８０の第１ステージ熱交換器７７、管路６２の順で循環する。冷媒循環ポンプ７６は室温部にある電機モータや空気駆動式モータの回転機７８およびシャフト７９で回転駆動される。シャフト７９は、プローブ１０内の真空空間と真空気密の構造である。
【００７５】
冷媒循環ポンプ８１は冷媒を管路６５、コイル冷却用熱交換器１１、管路６５、極低温冷凍機８０の第２ステージ熱交換器８２、管路６５の順で循環する。冷媒循環ポンプ８１は室温部にある電機モータや空気駆動式モータの回転機８３およびシャフト８４で回転駆動される。シャフト８４は、プローブ１０内の真空空間と真空気密の構造である。
【００７６】
冷媒循環ポンプ７６は冷媒を管路６２、前記増幅器用熱交換器２１、管路６３、極低温冷凍機８０の第１ステージ熱交換器７７、管路６２の順で循環する。
管路６２、管路６６内の冷媒の温度低下による冷媒の補給、および温度上昇時の冷媒の回収は、管路８５、管路８６を通じ冷媒貯槽８７から補給し、冷媒貯槽８７に回収される。
【００７７】
極低温冷凍機８０は、極低温第一冷凍機用圧縮機８８により駆動され、第１ステージ熱交換器７７および第２ステージ熱交換器８２は、それぞれ冷凍機８０の第１冷却ステージ８９、第２冷却ステージ９０に熱的に一体化されている。
【００７８】
冷媒循環ポンプ７６で加圧され管路６３中を流動する冷媒は、極低温冷凍機８０の第１ステージ熱交換器７７で温度７８Kに冷却される。この冷媒で前記増幅器用熱交換器２１を冷却したのち、冷媒の温度が８２Kに上昇し、第１ステージ熱交換器７７で温度７８Kに冷却される。
【００７９】
冷媒循環ポンプ８１で加圧され管路６３中を流動する冷媒は、極低温冷凍機８０の第２ステージ熱交換器８２で温度４．８Kに冷却される。この冷媒で前記増幅器用熱交換器１１を冷却したのち、冷媒の温度が５．１Kに上昇し、再び第１ステージ熱交換器９０で温度４．８Kに冷却される。管路６３、管路６２の順で循環する。冷媒循環ポンプ７６は室温部にある電機モータや空気駆動式モータの回転機７８およびシャフト７９で回転駆動される。シャフト７９は、プローブ１０内の真空空間と真空気密の構造である。極低温冷凍機８０の極低温部の第２ステージ９０は、熱伝導率が小さな例えばFRP製の断熱支持体９１でプローブ１０の容器から強固に固定支持され、極低温冷凍機９０の常温部はベロー９２で柔軟に、かつ、真空気密的にプローブ１０の容器に接続されている。
【００８０】
冷媒循環ポンプ８１への常温部からの侵入熱量は０．１W程度である。
したがって、本実施例では、第一真空容器、断熱配管および向流型熱交換器が不要となるので、熱損失はプローブ１０の常温部からの極低温部に輻射や伝導により侵入する侵入熱量の０．２Wと、冷媒循環ポンプ８１への常温部からの侵入熱量は０．１Wで、合計０．３Wである。
したがって、冷凍機７０の温度４．２Kで必要な冷凍量は１．２＋０．３＝１．５で１．５Wとなる。したがって、従来技術によれば極低温冷凍機の必要冷凍量は２．９８Wであるが、本実施例における極低温冷凍機の必要冷凍量は１．８６Wであり、１．５／２．９８＝０．５０で、従来技術の場合に比べ冷凍量が５０％の小型の極低温冷凍機で冷却システムを構成できる効果がある。
【実施例４】
【００８１】
図６に本発明の第４の実施例を示す。  
本実施例が図５と異なる点は、冷媒循環ポンプ８１のシャフト８４を、冷媒により間接的に冷却する熱交換器９３を設けた点にある。熱交換器９３は、管路６３内の温度８２Kの冷媒で冷却する。この構造により、シャフト８４を通じて常温から侵入する熱損失を低減することができ、冷媒循環ポンプ８１への常温部からの侵入熱量は０．０５W程度となる。
したがって、本実施例では、第一真空容器、断熱配管および向流型熱交換器が不要となるので、熱損失はプローブ１０の常温部からの極低温部に輻射や伝導により侵入する侵入熱量の０．２Wと、冷媒循環ポンプ８１への常温部からの侵入熱量は０．０５Wで、計０．２５Wである。したがって、冷凍機７０の温度４．２Kで必要な冷凍量は１．２＋０．２５＝１．４５で１．４５Wとなる。したがって、従来技術によれば極低温冷凍機の必要冷凍量は２．９８Wであるが、本実施例における極低温冷凍機の必要冷凍量は１．８６Wであり、１．４５／２．９８＝０．４９で、従来技術の場合に比べ冷凍量が４９％の小型の極低温冷凍機で冷却システムを構成できる効果がある。
【００８２】
以上のごとく本発明によれば、少なくとも１つの電子品であるＮＭＲ受信コイルおよび照射コイルを備えたＮＭＲプローブヘッドを有する核磁気共鳴(ＮＭＲ)測定用の測定装置において、前記プローブヘッド内に前記ＮＭＲ受信コイルによって受信されるＮＭＲ信号を増幅する少なくとも１つの増幅器を備え、前記ＮＭＲ受信コイルおよび照射コイルを冷却する冷凍機を複数個備え、少なくとも１つの冷凍機をトランスファチューブとプローブヘッド内の間に別配置し、冷却のためにトランスファチューブからプローブヘッドに輸送される冷媒を、別配置した冷凍機の極低温の第２冷却ステージで再度冷却する。
【００８３】
本冷却システムにより、第一真空容器、断熱配管、第二真空容器の常温部からそれぞれの極低温部に輻射や伝導により侵入するそれぞれの侵入熱量で温度上昇した冷媒は、別配置した冷凍機の極低温の第２冷却ステージで再度冷却され、再度冷媒の温度は低下して、前記プローブヘッド内にあり発熱する電子品の前記ＮＭＲ受信コイル、照射コイルおよび前記増幅器を設定温度内に冷却することができる。
【００８４】
ここで、前記の別配置した冷凍機としてパルス管式冷凍機を適用し、防振機構でパルス管式冷凍機を第二真空容器から支持すれば、振動の伝搬を防止できるので前記プローブヘッド内の振動を小さくできる。
【００８５】
パルス管式冷凍機は、作動ガス(ヘリウムガス)の断熱膨張用の膨張管と出入りする作動ガスの熱を交換する蓄冷器で構成されるので機械振動が少ない利点がある。
【００８６】
一般に極低温の温度４Ｋを発生させ、冷凍量が大きい冷凍機としてはギフォード・マクマホン式冷凍機がある。ギフォード・マクマホン式冷凍機は、極温度４Ｋと約５０Ｋの温度を発生させる第一および第二冷却ステージを有し、２ステージでカスケード的に極低温度を生成する。作動ガスの断熱膨張用のシリンダーと機械的に往復動するピストン式の蓄冷器は、直列に連結されたそれぞれの温度発生用の蓄冷器を有する。
【００８７】
また、一般に極低温の温度４Ｋを発生させ、冷凍量が小さいが運転振動が小さい冷凍機としてはパルス管式冷凍機がある。極低温の温度４Ｋを発生させる冷凍機は、極温度４Ｋと約５０Ｋの温度を発生させる冷凍ステージを有し、２ステージでカスケード的に極低温度を生成する。作動ガスの断熱膨張用の膨張管と蓄冷器は、それぞれの温度発生用に別々の２組を有する。
【００８８】
２個の冷凍ステージは、温度約４Ｋの極低温の第２冷凍ステージと、温度約５０Ｋの低温の第１冷凍ステージであり、それぞれの２個の蓄冷器は、それぞれ４Ｋ用の第２蓄冷器と５０Ｋ用の第１蓄冷器である。
【００８９】
より具体的には、温度４．２Kにおける冷凍量が１．５W、温度３．０Kにおける冷凍量が０ W、両温度間域での冷凍量が温度の上昇量にほぼ比例する（冷凍量の増加勾配は、１．５／（４．２−３）＝１．２５で１．２５W／K）のギフォード・マクマホン式冷凍機で冷媒を冷却し、この冷媒を別の冷媒循環用圧縮機により冷熱回収用の熱交換器を通じて循環させ、断熱配管を通じて低温の冷媒を輸送し、被冷却体を極低温の約５Ｋに冷却する冷却システムを考える。
【００９０】
ここで、第一真空容器、断熱配管、第二真空容器の常温部からそれぞれの極低温部に輻射や伝導により侵入するそれぞれの侵入熱量を０．１W、０．３W、０．２W、冷熱回収用の熱交換器の非効率分の損失として常温部から極低温部に冷媒循環により持ち込まれる熱量を冷媒の流量ｍ１（ｇ／ｓ）の場合で０．８Wとすると、温度５Kの被冷却体の許容発熱量は（１．５−０．１−０．３−０．２−０．８＝０．２）で０．２Wとなる。
【００９１】
ここで、更に温度５Kの被冷却体の許容発熱量を０．８W増加させ１．０Wとする場合、第二真空容器に冷凍機を１台増設する冷却システムを採用する。この場合、第一真空容器、断熱配管、第二真空容器の常温部からそれぞれの極低温部に輻射や伝導により侵入するそれぞれの侵入熱量は冷凍機を増設してもほとんど変化しない。
ここで、冷媒の流量ｍ１を増加させないので、熱交換器を新たに製作する必要がなく熱交換器の製作費の上昇を防止できる。
【００９２】
しかも、冷媒の流量を従来の１．５W冷凍時の流量ｍ１より増加させないので熱交換器熱損失は０．８Wで増加しない。
【００９３】
第一真空容器内の冷凍機で冷却された後の温度約４．５Ｋの冷媒は、第一真空容器および断熱配管、第二真空容器の常温部からそれぞれの極低温部に輻射や伝導により侵入するそれぞれの侵入熱量０．１W、０．３W、０．２Wの合計熱侵入量０．６Wにより温度が上昇する。
【００９４】
すなわち、冷媒の定圧比熱Ｃｐ（Ｊ／ｇ・Ｋ）を約６Ｊ／ｇ・Ｋ、冷媒の流量ｍ１（ｇ／ｓ）を０．３ｇ／ｓとすると、温度上昇量は０．６／（６×０．３）＝０．３３で０．３３Ｋとなり、増設する冷凍機で再冷却される前の冷媒の温度は４．５＋０．３＝４．８で約４．８Ｋとなる。
【００９５】
侵入熱量および熱損失分は増加していないので、増設する冷凍機に必要な冷凍量は増加分の０．８Ｗである。したがって、冷却温度４．２Ｋで０．８Ｗの冷凍容量を有する例えばパルス管式冷凍機（冷凍量の増加勾配は、ギフォード・マクマホン式冷凍機と同様で１．５／（４．２−３）＝１．２５で１．２５W／K）で増設する冷凍機を構成する。
【００９６】
温度４．８Kの冷媒は増設する冷凍機の第２冷却ステージで再冷却され、冷凍量０．６Wに冷却され時点で冷媒温度は４．５Kとなる。
【００９７】
さらに０．２W分冷却されると冷媒の温度はさらに０．２／（６×０．３）＝０．１で０．１K低下し、４．４Kとなる。このとき冷凍機の第２冷却ステージ温度は熱交換するために冷媒の温度よりさらに約０．３K低い４．１Kとなる必要がある。
【００９８】
したがって、パルス管冷凍機の冷却温度４．１Kでの必要冷凍量０．８Wを得るために必要な冷却温度４．２Kでのパルス管冷凍機の必要冷凍量は、冷凍量の増加勾配１．２５W／Kにより、温度差０．１K分の冷凍量増分１．２５×０．１＝０．１の０．１Wが加わり、０．９Wとなる。
【００９９】
したがって、増設する冷凍機に必要な冷凍量は冷凍量増加量０．８Wよりも０．９／０．８＝１．１３より約１３％も大きな冷凍量の冷凍機を増設で済む。
【０１００】
パルス管冷凍機の運転中は、高圧ガスと低圧ガスとが膨張管に周期的に給排気されるので、膨張管が圧力により伸び縮みし、その変位分振動する。
【０１０１】
増設するパルス管冷凍機の第２ステージは第２真空断熱容器の内壁から、熱伝導率が小さいＦＲＰ製の断熱支持体で固定し、冷凍機の常温部をベロー管等で第２真空断熱容器壁で支持して、冷凍機の振動を極低温側に伝達しない構造をとる。
【０１０２】
この構造により、冷凍機の振動がプローブ側に伝播することを防止し、振動によるノイズ発生を防止できる。
【０１０３】
以上の冷凍機を最適に位置した冷却システムにより、プローブヘッド内の照射コイル、受信コイルおよび前記増幅器を、良好に極低温に冷却できる低温プローブヘッドを実現できる。
【０１０４】
したがって、従来の技術に比べ、冷媒の流量ｍ１を増加させないので、熱交換器を新たに製作する必要がなく熱交換器の製作費の上昇を防止でき、また、増設する冷凍機も少ない冷凍量の冷凍機で済むので装置価格を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】図１は、第１の実施例を示す図である。
【図２】図２は、移送管路および移送管路収納管の実施形態を示す図である。
【図３】図３は、プローブの実施形態を示す図である。
【図４】図４は、第２の実施例を示す図である。
【図５】図５は、第３の実施例を示す図である。
【図６】図６は、第４の実施例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１…真空容器、２…極低温第一冷凍機、３…第２冷却ステージ、４…第１冷却ステージ、５…極低温第一冷凍機用圧縮機、６、６０…圧縮機、７、６６…第２向流式熱交換器、８…第２ステージ熱交換器、１０…プローブ、１１…コイル冷却用熱交換器、１２…第１ステージ熱交換器、１３、６１…第１向流式熱交換器、２１…前記増幅器用熱交換器、２４、６９…圧力調整弁、３０…移送管路収納管、３１…第１移送管路、３２…第２移送管路、３３…第３移送管路、３４…第４移送管路、３５…スーパーインシュレータ、４２…輻射シールド、３８…極低温第二冷凍機、４０…第２冷却ステージ、３６…第１冷却ステージ、３９…第２ステージ熱交換器、４１…極低温第二冷凍機用圧縮機、４３…断熱支持体、４４…ベロー、５０…プローブコイル、５１…前記増幅器、５２…プローブコイル冷却用伝熱部、５３…サンプル管、５４…調整回路、５５…高周波パルス入力端子、５６…ＦＩＤ信号出力端子、７６、８１…冷媒循環ポンプ、９３…熱交換器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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